Файл: Вьено, Ж. -Ш. Оптическая голография. Развитие и применение.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 14.10.2024
Просмотров: 64
Скачиваний: 0
Использование го.юграфической |
информации |
123 |
|
Интерферометрические |
методы |
|
|
Эти методы применяются |
ко всякой когерентной |
волне, |
|
пришедшей от объекта или от |
его голографического изображения. |
Получив с помощью голограммы восстановленную волну, сравни вают ее в классической интерферометрической схеме с волной, выбранной в качестве опорной. Интерференционные полосы конечной и бесконечной ширины, поляризованный или неполяризованный свет, все способы исследования могут быть использованы для диф ференциального изучения топографии объекта. Вернемся к фиг. 73, на которой приведена схема стриоскопического исследования восста
новленной волны. Ничего не |
изменяя ни на голограмме, ни в пуч |
ке восстановления, заменим |
выходной фильтр призмой Волластона |
с последующим анализатором. Изменяя положение этих новых элементов, можно изменять образующиеся интерференционные картины (фиг. 77).
Фиг. 72 — 77 подтверждают возможность применения некоторых средств исследования к волне, восстановленной с помощью голо граммы, в случае относительно простых объектов. Можем ли мы надеяться на получение подобных результатов при изучении таких быстропротекающих явлений, как ударная волна или сверхзвуко
вой |
снаряд, |
скорости |
которых |
порядка |
1 — 10 км/сек? Фиг. |
78 — |
|
80 |
дают на |
это утвердительный ответ1 . |
|
|
|
||
|
Использование |
восстановленной волны |
в качестве |
опорной. |
|
||
|
|
Анализ в реальном масштабе |
времени |
|
|
||
|
Задача состоит в том, чтобы после проявления вернуть голо |
||||||
грамму в то ж е положение, которое она |
занимала |
во время |
реги |
||||
страции . При восстановлении |
голограмма |
и объект освещаются од |
новременно. Восстановленное изображение совмещается с самим объектом. Интерференция соответствующих волн дает представление об изменениях (перемещениях, деформациях), которые могли про изойти с объектом в промежутке между регистрацией и восстанов лением (фиг. 81).
Кроме того, |
большое преимущество описанной техники |
состоит |
в том, что с ее |
помощью можно заснять на кинопленку |
процесс |
изменения интерференционных полос и таким образом зарегистри ровать изменения, происходящие с объектом (например, при ис-
1 Во Франко-Германском исследовательском институте в Сен-Луи име ется рубиновый лазер, работающий на моде ТЕМоа, длина когерентности ко торого превосходит 6 м. Он излучает энергию 150 мДж за 25-10~° с благодаря использованию усилителя на лампе бегущей волны. Этот прибор, разработан ный А. Хиртом, дал возможность зарегистрировать множество голограмм сверхбыстрых объектов.
|
|
Использование |
голографической |
|
информации |
|
|
|
127 |
||||||
|
чтобы голограмма в момент восстановления занимала то же поло |
||||||||||||||
|
жение, что и в момент регистрации. Первое условие легко выпол |
||||||||||||||
I |
нить, если обеспечить устойчивость (механическую, термическую, ...) |
||||||||||||||
элементов, |
участвующих |
в образовании |
и |
использовании |
опор |
||||||||||
|
ной волны. Второе условие осуществить сложнее: для |
проявления |
|||||||||||||
|
фотопластинку обычно снимают и установить ее в прежнее поло |
||||||||||||||
|
жение очень трудно. Тем |
не менее, |
если |
проблема разрешена, |
при- |
||||||||||
" менение этого метода открывает богатые возможности, |
особенно |
||||||||||||||
|
для интерферометрического и динамического контроля колеблю |
||||||||||||||
|
щихся систем. Мы получаем |
линии |
равных |
высот |
стоячих |
волн, |
|||||||||
|
причем число интерференционных полос возрастает с увеличением |
||||||||||||||
|
амплитуды колебаний. Интерференционная картина на поверхности |
||||||||||||||
|
восстановленного |
изображения |
перемещается |
в соответствии |
с из |
||||||||||
|
меняющимися модами колебаний при изменении частоты. |
Кино |
|||||||||||||
|
съемка в реальном |
времени |
позволяет |
a |
posteriori |
исследовать в |
|||||||||
|
трех измерениях |
колебания |
или деформации |
объекта. |
|
|
|||||||||
|
И. СУПЕРПОЗИЦИЯ |
НЕСКОЛЬКИХ |
ГОЛОГРАММ |
НА |
ОДНОЙ |
||||||||||
|
|
|
И ТОЙ |
Ж Е |
ФОТОПЛАСТИНКЕ |
|
|
|
|
||||||
|
Если начинающий заниматься классической фотографией сде |
||||||||||||||
|
лает по оплошности два снимка на один кадр, то затем он с досадой |
||||||||||||||
|
будет взирать на результат своей невнимательности: световые по |
||||||||||||||
|
токи, складываясь на фотоотпечатке, делают его обычно совершенно |
||||||||||||||
|
испорченным. Практически не существует никакой |
возможности |
|||||||||||||
|
разделить эти накладывающиеся друг на друга изображения. Слиш |
||||||||||||||
|
ком длительная экспозиция при фотографировании движущегося |
||||||||||||||
|
объекта приводит к такому ж е эффекту: смазанность |
изображения |
|||||||||||||
|
делает объект неузнаваемым. Неудобства |
такого рода |
существуют |
||||||||||||
|
и в голографии: мы не можем зарегистрировать на одной и той же |
||||||||||||||
|
эмульсии сначала голограмму собаки, потом голограмму кошки, не |
||||||||||||||
|
принимая специальных мер предосторожности (например, можно |
||||||||||||||
|
изменить угол между опорной волной и волной, переносящей ин |
||||||||||||||
|
формацию). |
Однако то, |
что |
голограмма |
запоминает |
информацию |
|||||||||
|
о фазах волн, испускаемых объектом, и то, что при |
восстановлении |
|||||||||||||
|
можно варьировать условия когерентности, делает возможной супер |
||||||||||||||
|
позицию разных голограмм на одной и той же эмульсии при дос |
||||||||||||||
|
таточно хорошем |
качестве восстановленных |
изображений. Можно |
||||||||||||
> |
не только разделить изображения или получить четкое |
изображение |
|||||||||||||
|
движущегося объекта, но и извлечь дополнительную |
информацию |
|||||||||||||
|
об изменениях объектов с течением времени. |
|
|
|
|
|
|
*Интерферометрия с двойной экспозицией
При чтении предыдущих разделов этой главы мы освоились с возможностью располагать в любой момент времени после регистра ции голограммы объекта когерентной световой волной, характе-
128 |
|
Глава 6 |
|
ризующей |
объект |
в определенном состоянии. Любое |
изменение со |
стояния |
объекта |
можно обнаружить с помощью |
интерференции |
волн Б х |
и 2 2 , соответствующих начальному и конечному состояниям. |
Волна S 2 регистрируется в момент времени t2 на той же пластин- _ |
|
ке, на |
которой в момент времени tx была зарегистрирована 2 Х . |
При одновременном восстановлении эти волны будут интерфериро вать. Мы сможем исследовать «различие» двух «фиксированных» СОСТОЯНИЙ.
Остановимся немного па методе двойной экспозиции.
Принцип метода
На одной и той же фотопластинке регистрируют две голограммы одного объекта в разные моменты времени tx и t2. Напомним выра жения для освещенностей Ех и Е2 для каждой экспозиции (гл. 1):
Е1 |
--- Оо 4- я 2 -г 2ao 0 cos»,, |
||
Е2 |
• -- |
а]-\- |
а- -'- 2а а0 cos ср2. |
Д л я простоты примем, |
что |
прозрачность полученного негатива |
по амплитуде изменяется пропорционально падающей на него энер
гии Е, |
т. е. сумме освещенностей |
(при |
этом предполагается, |
что |
|
времена |
экспонирования равны): |
|
|
|
|
|
Е = Ех -\- En — 2 ( а? -{- a2) |
j - |
2а а0 (cos », |
-j- cos »2 ). |
|
Если объект не перемещается и не деформируется между двумя |
|||||
экспозициями, то освещенности Ех |
и Е2 |
совершенно |
идентичны, а |
все происходит так, как при регистрации одной голограммы с двой ной выдержкой, т. е. получаем «сумму» двух голограмм.
Малейшее изменение положения или формы объекта в промежут ке между двумя регистрациями изменяет фазу волны, испускаемой объектом ( ф ! = т ^ ф 2 ) . Второй член выражения д л я полной энергии Е, соответствующий изображению, как раз содержит информацию об амплитуде а и фазах ф 1 и ф 2 . Амплитуды волн, испускаемых в на правлении изображения, пропорциональны вариациям прозрачности голограммы. Теперь все происходит как при восстановлении су перпозиции двух изображений, когерентных между собой и очень мало отличающихся друг от друга.
Эти изображения интерферируют и наблюдаемые полосы, |
как |
и в классическом интерферометре, соответствуют вариациям |
фазы |
Фі — Фг> которые возникают в промежуток времени между двумя экспозициями.
Таким образом, практическое применение интерферометрии с двойной экспозицией отличается замечательной простотой. Со ставные элементы классического интерферометра (зеркала, полу-
130 |
|
|
Глава 6 |
|
|
|
|
|
|
|
тин кой, то полосы |
остаются видимыми. Будучи |
локализованы |
на |
|
||||||
самом диффузоре, |
они |
соответствуют |
разности |
оптических |
путей |
|
||||
в плоскости |
диффузора |
(фиг. 84 и 85). Мы теряем информацию |
о |
|
||||||
рельефе объекта в |
отличие от случая, когда диффузор |
помещен |
„ |
|||||||
на пути световых лучей перед объектом (фиг. 86). |
|
|
|
|
||||||
Замечание. Если благодаря двойной экспозиции можно зас |
|
|||||||||
тавить интерферировать |
события, |
происходящие |
в разное |
время, |
|
|||||
т.е. a priori некогерентные,можно попытаться применить тот ж е прим- |
' |
|||||||||
цип к объектам, освещенным светом |
разных цветов, т. е. длин волн |
|
||||||||
Хі и %2 И Л І [ |
светом от разных источников. При этом времена |
экспо |
|
|||||||
зиций могут |
быть |
либо |
одинаковыми, либо разными. Голограммы |
|
||||||
регистрируются на одну и ту лее эмульсию. Используя при восста |
|
|||||||||
новлении один монохроматический источник, получим два когерент |
|
|||||||||
ных между собой изобралеения, которые будут интерферировать. |
|
|||||||||
Полосы характеризуют |
при этом не только возможные |
изменения |
|
|||||||
объекта, но и выралсенные в длинах волн разности оптических |
пу |
|
||||||||
тей, отделяющих источник (или источники) от каждой точки объек |
|
|||||||||
та.То есть они дают описание рельефа |
объекта. |
|
|
|
|
|
Используемая д л я изучения как прозрачных, так и рассеиваю щих свет объектов интерферометрия с двойной экспозицией начала применяться в последние годы так широко, что о ней самой молено было бы написать отдельную книгу. Не претендуя на полноту из ложения всех возмоленых применений этого метода, мы приведем несколько примеров, касающихся отдельных областей метрологии
Источник
Ф и г . |
84. Пример схемы |
с |
двойной |
экспозицией. |
|||
Не созеем озычная природа самосветящегося |
объект |
требует |
некоторых |
предосторожностей. |
|||
Непрозрачный экран преграждает путь лучам, |
испускаемом пламенем в направлении пластин |
||||||
ки. Таким образом, мы получаем голограмму не пламени, а его |
проекции |
на |
рассеивающий |
||||
деревянный экран, прожилки которого видны |
на |
фотографии восстановленного |
изображения. |
||||
При первой экспозиции |
снимают только экран, при второй — экран вместе |
с зажженной све |
|||||
|
|
чой. |
|
|
|
|